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Kieselgur

Silikat Sedimentgestein, Diatomeenerde

Kieselgur (diatomite, terra silicea); auch Bergmehl, Diatomeenerde, Diatomeenpelit (englisch Diatomaceous earth), Diatomit, Infusorienerde, Kieselmehl, Novaculit, Tripel, Trippel (Poliertrippel), Tripolit, Celit, ist ein weiches Sedimentgestein geringer Dichte, das hauptsächlich aus den Schalen fossiler Kieselalgen (Diatomeen) besteht und zu einer weißlichen, pulverförmigen Substanz zerrieben werden kann.[1] „Gu(h)r“ ist ein niederdeutscher Volksausdruck mit der Bedeutung „feuchte, aus dem Gestein ausgärende Masse“.

Verschiedene Diatomeen, sekundärelektronenmikroskopische Aufnahmen
Kieselgur-Bruchstück der südkalifornischen Sisquoc Formation
Elektronenmikroskopische Aufnahme
Diatomeenerde aus der Slowakei
Kieselgurschicht im Naturschutzgebiet Soos (Tschechien)

Ein Milliliter reine Kieselgur enthält etwa eine Milliarde Diatomeenschalen und deren Bruchstücke. Die Partikelgrößen liegen zwischen weniger als 1 μm bis zu 3 mm, typischerweise zwischen 10 und 200 μm.[2] Je nach Korngröße fühlt sich das Pulver zwischen den Fingern rau an, ähnlich Bimspulver.

Die Schalen bestehen zu 80–90 % aus amorphem (nicht-kristallinem) Siliciumdioxid (SiO2) 2–4 % Aluminiumoxid (überwiegende in Form von Tonmineralien) und 0,5–2 % Eisenoxid und weisen eine sehr poröse Struktur auf.[3] Aus geologischer Sicht ist Kieselgur ein aus fossilem Diatomeenschlamm entstandenes Sedimentgestein. Sehr fein geschichtet wird es als „Tripel“ bezeichnet.

Kieselgur ist ein geschätzter Rohstoff und wird vielfältig genutzt,[4] insbesondere zur Filtration, als mildes Polier-, Scheuer- und Schleifmittel, auch in Zahnpasta, als ungiftiges Insektizid, Mattierungsmittel, Füllstoff in vielen Kunststoffen, Absorbent für Flüssigkeiten, Trägerstoff in der Gaschromatographie, Trennmittel, Katzenstreu, Wärmedämmstoff sowie als Zugabe in Pflanzsubstraten für Topfpflanzen und Bonsai.[5][6]

Entstehung der Vorkommen

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Die Kieselgurvorkommen in Norddeutschland entstanden in den Zwischeneiszeiten und sind einige hunderttausend Jahre alt. Das kieselsäurehaltige Wasser der Seen enthielt große Mengen von Kieselalgen in Hunderten verschiedener Arten. Diese Diatomeen, die auch heute noch in Seen und Meeren leben, können sich alle paar Stunden durch Zweiteilung der Zellen fortpflanzen. Man schätzt, dass unter idealen Bedingungen in einem Monat aus einer Kieselalge eine Milliarde Exemplare heranwachsen können. Diese Diatomeen schweben im Wasser, sinken nach dem Absterben zu Boden und bilden allmählich dicke Ablagerungen, die sich im Verlauf langer Zeiträume zu Sedimentgestein verfestigen können. Durch geologische Veränderungen wie etwa Bodenhebungen gelangen sie später an die Erdoberfläche.

Die unterschiedlichen Kieselgur-Arten

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Man unterscheidet Salzwasser-Kieselgur und Süßwasser-Kieselgur. Die Kieselgur lagerte sich in drei Schichten mit unterschiedlicher Färbung ab. Die Färbung der Kieselgur resultiert aus dem unterschiedlichen Gehalt an Resten organischer Stoffe. Je tiefer die Schichten liegen, desto höher ist der Anteil an organischen Bestandteilen.

Weiße Gur

Die oberste Schicht ist die „Weiße Gur“, die teilweise unmittelbar unter der Erdoberfläche lagert. Mit drei bis fünf Prozent enthält sie nur noch sehr wenig organische Bestandteile, in den Anfangsjahren wurde nur die Weiße Gur abgebaut.

Graue Gur

Unter der Weißen Gur liegt die „Graue Gur“, die bis zu zehn Prozent organische Bestandteile enthält. Durch die später eingeführte Technik des Brennens können diese entfernt und der Abbau der Grauen Gur wirtschaftlich betrieben werden.

Grüne Gur

Die unterste Schicht bezeichnet man als die „Grüne Gur“, sie enthält noch etwa 36 Prozent organische Bestandteile. Hier findet man noch Abdrücke von Fischen, sowie Nadeln, Zapfen und Laub von Bäumen. Die Grüne Gur lag auf der Höhe des Grundwasserspiegels.[7]

Vorkommen, Verwendung und Abbau

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1836 oder 1837 soll der Bauer und Frachtfuhrmann Peter Kasten[8][9] beim Ausschachten eines Brunnens am Nordhang des Haußelberges in der Lüneburger Heide die Kieselgur entdeckt haben. Man glaubte zunächst, Kalk zum Düngen gefunden zu haben. Auch Pfannkuchen wollte man damit backen, da es dem Getreidemehl ähnelte. Alfred Nobel nutzte die Eigenschaften der Kieselgur zur Herstellung von Dynamit. Der Celler Ingenieur Wilhelm Berkefeld erkannte die Filtrierfähigkeit und entwickelte die aus Kieselgur gebrannten Filterkerzen. Bei der Cholera-Epidemie in Hamburg 1892 wurde dieser Berkefeld-Filter erfolgreich eingesetzt.

Abbau- und Lagerstätten in der Lüneburger Heide

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Die Lagerstätten wiesen Mächtigkeiten von bis zu 28 Metern auf. Es handelt sich ausschließlich um Süßwasser-Kieselgur.

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    Etwa 1900–1910 Kieselgurgrube Neuohe
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    Etwa 1900–1910 ein Trockenplan: ein Brennhaufen wird angelegt, ein Brennhaufen ist in Aktion
  •  
    1913 Belegschaft des Werkes Neuohe, mit Arbeitern und einer Köchin vor einem Trockenschuppen

Bis zum Ersten Weltkrieg wurde fast der gesamte weltweite Bedarf an Kieselgur aus dieser Region gedeckt.

In Deutschland wurde Kieselgur außerdem noch bei Herbstein-Steinfurt[11] am Vogelsberg (Oberhessen) und in Klieken[12] (Sachsen-Anhalt) abgebaut.

Tagebau

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Originale Loren aus einer Kieselgurgrube

Die Kieselgur wurde im Tagebau gewonnen. In den Anfängen wurde die Kieselgur mit der Hand abgestochen und auf Schubkarren aus der Grube transportiert. Später wurde sie in Loren gefüllt, die mit Pferden oder Seilwinden aus der Grube gezogen wurden, ab den 1950er-Jahren wurden die Loren von Loks gezogen. Der Abbau erfolgte inzwischen mit Baggern.

Bedeutung

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In der Lüneburger Heide befanden sich die ersten Kieselgurgruben der Welt,[13] der ab 1863[14] stattfindende Kieselgurabbau entwickelte sich für diese Region zu einem wichtigen Wirtschaftszweig. Bis zum Ersten Weltkrieg wurden in Niedersachsen 20.000 bis 25.000 Jahrestonnen Kieselgur produziert; das deckte damals fast den gesamten Weltbedarf an diesem Rohstoff. Nach dem Zweiten Weltkrieg (1957[15]) erreichte die Produktion 50.000 bis 60.000 Jahrestonnen.[16]

Ende des Abbaus in Norddeutschland

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1994 wurde der Abbau in Norddeutschland unrentabel und eingestellt, die Umweltauflagen bei der Entsorgung des Sickerwassers waren eine der Ursachen. Das abgepumpte Wasser hatte einen pH-Wert von 3,8 bis 4,8 und musste durch Beimischung von Soda und Kalk auf einen pH-Wert von 8,5 gebracht werden, bevor es in die Bäche abgeleitet werden durfte, auch dadurch war die importierte Gur aus den Vereinigten Staaten inzwischen billiger als die Produktionskosten der einheimischen Kieselgur.

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    Aufgelassener Kieselgur-Tagebau bei Neuohe (1998)
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    Aufgelassene Kieselgur-Grube in Neuohe (2008)
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    Ehemalige Kieselgur-Grube in Breloh (Munster/Örtze)
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    Der seltene Sumpf-Bärlapp hat sich hier inzwischen angesiedelt

Andere Vorkommen

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Eine bis zu vier Meter mächtige Kieselgurschicht entstand auch im Bereich des späteren Naturschutzgebiets Soos in Tschechien. In Colorado und im Clark County (Nevada), USA befinden sich Lagerstätten, die zum Teil mehrere hundert Meter mächtig sind. Teilweise findet sich Kieselgur in Wüsten auch an der Oberfläche. Der Abrieb der Kieselgur auf solchen Flächen (etwa in der Bodélé-Senke in der Sahara) gehört zu den bedeutendsten Quellen klimawirksamen Staubs in der Atmosphäre. 2021 waren die USA mit 36 % globalem Marktanteil der größte Produzent von Kieselgur. Dort wird vor allem im Tagbau abgebaut. Auf Platz 2 mit 17 % Anteil lag Dänemark und auf Platz 3 mit 9 % Anteil die Türkei.[17] Einen Überblick über die globalen Abbaumengen gibt folgende Tabelle:

Land 2019[18] 2020[17]
(in Tonnen)
Argentinien  Argentinien 70.000 94.000
China Volksrepublik  Volksrepublik China 150.000 140.000
Danemark  Dänemark (verarbeitet) 370.000 400.000
Deutschland  Deutschland 52.000 52.000
Frankreich  Frankreich 75.000 75.000
Japan  Japan 40.000 40.000
Mexiko  Mexiko 96.000 96.000
Neuseeland  Neuseeland 40.000 40.000
Peru  Peru 110.000 91.000
Russland  Russland 51.000 51.000
Spanien  Spanien 50.000 50.000
Korea Sud  Südkorea 26.000 26.000
Turkei  Türkei 170.000 220.000
Vereinigte Staaten  Vereinigte Staaten 768.000 822.000
Andere Länder 120.000 120.000
Gesamt (gerundet) 2.190.000 2.320.000

Aufbereitung

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Fertige getütete Gur wird per Lokomobil zum Bahnhof gefahren (etwa 1900–1910)

1. Schlämmen

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Die gewonnene Kieselgur enthielt bis zu 30 Prozent Sand, in einem Schlämmprozess musste dieser entfernt werden. Dazu wurde das Rohmaterial in einem Rührbottich zu einem dünnen Brei aufgelöst, dieser durchfloss mehrere Bassins, in denen sich die schweren sandigen Bestandteile absetzten. Die von Sand befreite Kieselgur gelangte in Schlämmkästen und setzte sich hier ab, anschließend wurde die Schlämmgur abgestochen und getrocknet.

2. Trocknen

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Die geförderte Kieselgur enthielt bis zu 70 Prozent Wasser und konnte daher so nicht verwendet werden, sondern musste auf handelsübliche zehn Prozent heruntergetrocknet werden. Die Gur wurde dazu teilweise in einer Presse zu Steinen geformt, anschließend erfolgte an der Luft die Trocknung, auf Trocknungsplätzen oder in Trockenschuppen. Diese Methode war nur in den Sommermonaten möglich, die Dauer hing entscheidend von den Witterungsverhältnissen ab. Die erste künstliche Trocknung von Kieselgur erfolgte in den Kriegsjahren 1917/18 bei Altenschlirf im Vogelsberg, heute Stadtteil des Heilbads Herbstein, man benötigte Kieselgur für die Filter der Gasmasken.

3. Brennen

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Die Kieselgur wurde in meilerartigen Brennhaufen (ähnlich der Holzkohlenmeiler) oder in Brennschuppen, bei höchstens 800 °C, gebrannt, die durchschnittliche Brenndauer betrug drei bis vier Wochen. Durch das Brennen wurden die organischen Bestandteile entfernt. Es veränderte sich auch die Farbe aufgrund des Eisenoxids, das in der Kieselgur enthalten war.

Die „Graue Gur“ zeigte eine weißliche bis rein weiße Farbe, die „Grüne Gur“ nahm wegen ihres hohen Gehaltes an Eisenoxid eine gelbliche, hellrosa bis rötliche Farbe an. Beim Brennen entwichen übelriechende schwefelsäurehaltige Dämpfe.

Aufbereitung durch Öfen

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Schachtofen

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Die Schachtöfen bestanden aus drei Meter langen Schächten, in die von unten 230 °C heiße Luft durch die Kieselgur eingeblasen wurde, die organischen Substanzen und das Eisen wurden hierbei aber nur unvollständig entfernt: man erhielt eine „Saure Schachtofen-Gur“ im pH-Wert von unter 7.

Etagenofen

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Diese Öfen bestanden aus acht verschiedenen Etagen.

  • In den ersten vier Etagen wurde die Gur getrocknet.
  • In den beiden folgenden Etagen wurde sie bei 600 bis 800 °C gebrannt.
  • In den letzten beiden Etagen wurde die Kieselgur abgekühlt.

Windsichtung

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Teilweise wurde die Kieselgur, zum Beispiel die Gur, die zur Filtration verwandt werden sollte, windgesichtet, durch einen Luftstrom wurden Sand und andere Grobteile entfernt.

Eigenschaften

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Verwendung

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Kieselgur ist vielseitig verwendbar, unter anderem als

In der Zahnmedizin dient Kieselgur unter anderem als Bestandteil von Abformmaterialien (z. B. Alginat) als Füllstoff und erhöht die Materialfestigkeit nach der Abformung der Zahnreihen.

In der biologischen Landwirtschaft, beispielsweise bei Hühnerhaltern (Milbenbekämpfung), wird Kieselgur als natürliches Pestizid geschätzt: Die feinen Schalenbruchstücke sollen mechanische Schäden beispielsweise im Verdauungstrakt von Insekten und Milben hervorrufen und zur Austrocknung führen.

Wird das erschütterungsempfindliche Nitroglycerin mit Kieselgur vermengt, entsteht daraus das stoßunempfindliche Dynamit, das deshalb in der älteren Literatur auch als „Gurdynamit“ bezeichnet wird, durch diese Erfindung kam Alfred Nobel zu seinem großen Vermögen. Da die Kieselgur nicht an der Explosionsreaktion teilnimmt (sie ist nicht brennbar), wurde sie bei der Dynamitproduktion durch besser geeignete Stoffe ersetzt, die aktiv an der Explosion teilnehmen können (z. B. Kollodiumwolle).

Durch die Zugabe von Kieselgur wird die Beständigkeit und Wetterfestigkeit des Asphalts erhöht, Autoreifen werden abriebfester und temperaturbeständiger. Bei Farben und Lacken wird durch die Zugabe von Kieselgur verhindert, dass sich nach einiger Lagerzeit die Pigmente am Boden absetzen. Zement, Mörtel und Beton werden durch die Zugabe von Kieselgur plastischer und die Verarbeitung wird erleichtert.

Bei Düngemitteln wird verhindert, dass die Düngerkörner zusammenkleben.

In der Margarine- und Fettherstellung wird Kieselgur als Träger für den Katalysator verwendet.

Bei Pferden kann Kieselgur helfen, das Scheuern an Schweif und Mähne im Sommer zu vermindern.

Dissousgasflaschen zum Speichern von in Aceton gelöstem Ethin, zum Beispiel die beim autogenen Schweißen verwendeten Acetylenflaschen, enthielten früher karzinogenen Asbest, heute jedoch Kieselgur als poröse Masse.

Auf Grund seiner porenreichen Struktur eignet sich Kieselgur hervorragend als Filtrationsmittel, um (Trink)Wasser zu entkeimen, Trüb- und Schwebstoffe zu entfernen und Bakterien zurückzuhalten. Beispielsweise wird es in Brauereien zur Filtrierung von Bier verwendet.

Viele Ölbindemittel basieren auf Kieselgur.[22]

Arsenbelastung

Im April 2013 wurde bekannt, dass Münchner Forscher das Rätsel um die erhöhten Arsenwerte in deutschen klaren Bieren gelöst haben: Der Arsenwert ist in manchen Sorten höher als im genutzten Wasser, weil beim Filtrieren einerseits Schwebstoffe festgehalten werden, andrerseits häufig dort gebundenes Arsen in das nun kristallklare alkoholische Getränk übergeben wird. Da es sich um sehr geringe Mengen handelt, besteht keine Gesundheitsgefahr. In Zukunft soll die Kieselgur zum Filtern häufiger mit Wasser gespült werden.[23]

Literatur

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  • Karl-Heinz Grotjahn: Die Kieselgur – das weiße Gold der Heide. Was die Lüneburger Heide mit dem Nobelpreis zu tun hat. In: Heimatkalender 2003 für die Lüneburger Heide. Celle 2002, S. 28–33.
  • Franz Kainer: Kieselgur ihre Gewinnung, Veredlung und Anwendung. Sammlung chemischer und chemisch-technischer Vorträge NF 32. Stuttgart 1951.
  • Ute Leimcke-Kuhlmann: Das Leben und Arbeiten in den Kieselgurwerken. In: Heimatkalender 2003 für die Lüneburger Heide. Celle 2002, S. 34–35.
  • H. Müller: Pollenanalytische Untersuchungen und Jahresschichtenzählungen an der holstein-zeitlichen Kieselgur von Munster-Breloh. In: Geologisches Jahrbuch Reihe A. 21, 1974, S. 107–140.
  • H. Müller: Pollenanalytische Untersuchungen und Jahresschichtenzählungen an der eemzeitlichen Kieselgur von Bispingen/Luhe. In: Geologisches Jahrbuch Reihe A. 21, 1974, S. 149–169.
  • Volker Probst: Traumland. Albert Königs Darstellungen der Kieselgurgruben bei Unterlüß und seine letzten Landschaftsmalereien. Albert-König-Museum, Unterlüss 1994/95 (Ausstellungskatalog)
  • Rudolf Auth: Die Kieselgurlagerstätte von Steinfurt-Altenschlirf im Vogelsberg. In: Buchenblätter – Beilage der Fuldaer Zeitung für Heimatfreunde. Nr. 3 vom 24. Februar 2015 S. 9–11 und Nr. 4 vom 25. Februar 2015 S. 14–16.
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Commons: Kieselgur – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Kieselgur – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. ↑ Helena Rojht, Aleksander Horvat, Christos G. Athanassiou, Bill J. Vayias, Željko Tomanović, Stanislav Trdan: Impact of geochemical composition of diatomaceous earth on its insecticidal activity against adults of Sitophilus oryzae (L.) (Coleoptera: Curculionidae). In: Journal of Pest Science. 83. Jahrgang, Nr. 4, 2010, ISSN 1612-4758, S. 429–436, doi:10.1007/s10340-010-0313-6 (englisch, springer.com).
  2. ↑ Marta Dobrosielska, Renata Dobrucka, Dariusz Brząkalski, Miłosz Frydrych, Paulina Kozera, Monika Wieczorek, Marek Jałbrzykowski, Krzysztof J. Kurzydłowski, Robert E. Przekop: Influence of Diatomaceous Earth Particle Size on Mechanical Properties of PLA/Diatomaceous Earth Composites. In: Materials. 15. Jahrgang, Nr. 10, 18. Mai 2022, ISSN 1996-1944, S. 3607, doi:10.3390/ma15103607, PMID 35629631, PMC 9145730 (freier Volltext), bibcode:2022Mate...15.3607D (englisch).
  3. ↑ Lloyd E. Antonides: Diatomite. USGS, 1997 (usgs.gov [PDF; abgerufen am 12. Dezember 2010]).
  4. ↑ Ulrich Lehmann: Paläontologisches Wörterbuch. 4. Auflage. Enke, Stuttgart 1996, ISBN 3-432-83574-4.
  5. ↑ Arianit A. Reka, Blagoj Pavlovski, Egzon Ademi, Ahmed Jashari, Blazo Boev, Ivan Boev, Petre Makreski: Effect Of Thermal Treatment Of Trepel At Temperature Range 800-1200˚C. In: Open Chemistry. 17. Jahrgang, Nr. 1, 31. Dezember 2019, S. 1235–1243, doi:10.1515/chem-2019-0132.
  6. ↑ Arianit Reka, Todor Anovski, Slobodan Bogoevski, Blagoj Pavlovski, Boško Boškovski: Physical-chemical and mineralogical-petrographic examinations of diatomite from deposit near village of Rožden, Republic of Macedonia. In: Geologica Macedonica. 28. Jahrgang, Nr. 2, 29. Dezember 2014, S. 121–126 (edu.mk).
  7. ↑ Arbeit der Dipl. Biologin Ute Leimcke-Kuhlmann, unterstützt durch Frau Dr. Brigitte Urban, Fachhochschule Nord-Ost-Niedersachsen in Suderburg.
  8. ↑ Florian Klebs: Deutschland Wiege des Nobelpreis. (Memento vom 17. November 2002 im Internet Archive) In: Humboldt Kosmos. 21. Januar 2001.
  9. ↑ Heinrich Küsel: Der Speicher. 1930.
  10. ↑ Kirsten Wagner: Lüneburger Heide mit Kindern: 300 spannende Ausflüge in das Naturparadies zwischen Hamburg und Hannover. pmv Peter Meyer Verlag, 2015, ISBN 978-3-89859-082-2, S. 151 (books.google.de).
  11. ↑ Ehemalige Kieselgurgrube im Vogelsberg
  12. ↑ Geschichtliches über den Kieselgurabbau in Klieken (Memento vom 21. Juni 2006 im Internet Archive).
  13. ↑ Franz Kainer: Kieselgur, ihre Gewinnung, Veredlung und Anwendung. F. Enke, 1951, S. 4 (books.google.de).
  14. ↑ Klaus Bötig: DuMont Reise-Taschenbuch Reiseführer Lüneburger Heide. Mair Dumont DE, 2015, ISBN 978-3-7701-8849-9, S. 78 (books.google.de).
  15. ↑ Gewerbehygiene und Klinik der Kieselgursilikose: zugleich ein Beitrag zur Gewerbehygiene lungenaggressiver Stäube. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-86861-0 (books.google.de).
  16. ↑ Anja Steinhörster: Reiseführer Lüneburger Heide: Links und rechts des Heidschnuckenweges. Koehlers Verlagsgesellschaft, 2015, ISBN 978-3-7822-1455-1 (books.google.de).
  17. ↑ a b U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: DIATOMITE.
  18. ↑ U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2021: DIATOMITE.
  19. ↑ Kieselgur zur Bekämpfung und Vorbeugung gegen Milben
  20. ↑ Kieselgur, Anwendungsbeispiele bei Tieren
  21. ↑ Bettwanzenproblem, Die Zeit: Bettwanzen, DER SPIEGEL: Tipps vom Bettwanzen-Experten
  22. ↑ Ölbindemittel
  23. ↑ vgl. Tagesspiegel vom 9. April 2013, S. 24.
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